专利名称：具有嵌入式散热体的半导体器件的制作方法
背景技术：
半导体在过去数十年中持续不断有重大进步。半导体的复杂性日益增加同时尺寸日益缩小已产生了其自己的定律，摩尔定律，即每个集成电路的晶体管数成指数增长。这些增加了需要在许多相关行业中的类似增长，诸如半导体封装行业。
半导体在工作时产生热量。如果热量不能耗散，就会损坏半导体或使其发生故障。随着半导体封装中晶体管密度的增大，散热就成了一个问题。
衬底和封装在许多方面影响半导体性能。集成电路常被封装起来并通常驻留在衬底内或上。电、热和机械等考虑事项都与衬底和封装的设计有关。例如，衬底和封装从集成电路中去除热量，同时也提供功率和信令。
半导体可封装为叠层配置。叠层配置对于向半导体提供功率和信令以及对于散热一般都有更高的要求。
图1是使用铜衬底的组件层的分解图。
图2是使用铜衬底的单个管芯组件实例。
图3是使用铜衬底的多个管芯组件实例。
具体实施例方式
在以下说明中，提出了许多具体细节。但应理解，本发明的实施例没有这些具体细节也可实现。在其它情况下，众所周知的电路、结构以及技术未详细示出，以免模糊了对本发明的理解。
在说明书中提到“一个实施例”或“实施例”等，是指结合该实施例所述的特定特性、结构或特征包括在本发明的至少一个方面中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定全部指同一实施例。以下至少说明了对半导体器件的热性能以及对多管芯叠层封装中多个器件的改进。
一般来说，在半导体封装中使用的典型衬底材料可以用能改进从半导体管芯中导热的层压材料来代替。例如，衬底上粘合有单层聚酰亚胺层的铜基衬底可将管芯的热量传导出去。在此实例中，铜布线层则可粘合到聚酰亚胺的另一侧，以完成一个互连衬底。该互连衬底可提供布线层，以将信号分布到半导体管芯，且该互连由聚酰亚胺层与导热衬底绝缘。一个实施例可改进半导体器件的热能力以及互连电性能。
图1-3示出DRAM和DRAM叠层封装实施例，以示明本文解释的衬底和封装。本文中使用DRAM是为了说明的目的，但本发明的实施例不限于使用任何具体的半导体器件或电路。这些实施例可向器件叠层中引入一个热导体，以将热量从掩埋的DRAM管芯传导到叠层封装的边缘。在封装边缘，信号互连焊料凸点或其它互连可将热量传送到DRAM叠层表面并到系统衬底，在此热量会耗散出去。铜衬底也可连接到地，并作为高速信号的地基准。在本实施例中，该地基准改进了DRAM信号的信号完整性。
图1是使用导热衬底110的半导体封装100的组件层的分解图。在本实施例中，导热衬底110包括铜，虽然任何衬底材料都可使用，只要它具有足够高的导热率即可。在一个实施例中，导热衬底是层压材料，是具有足够高导热率的材料的一种或任何组合，以允许衬底作为导热衬底工作，使热量从半导体管芯扩散出去。
参阅图1，分解图包括背衬薄膜衬底115，诸如聚酰亚胺带，以粘合到导热衬底110上。但这只是一个实例，适合于背衬薄膜衬底的任何其它材料都可使用。布线层诸如带状引线120紧邻背衬薄膜衬底115，并在远离导热衬底110的背衬薄膜衬底115的相对侧上。在一个实施例中，布线层是铜，但任何导热材料都可使用。
本实施例具有弹性体层125，夹在带状引线120和半导体管芯130之间。弹性体层125吸收热膨胀产生的应力。弹性体层125可具有开口，在此带状引线120可与半导体管芯130连接。弹性体通常是聚合材料，这种材料可经受大且可逆的弹性变形，并用于吸收可能具有不同热膨胀系数的各层之间的应力。此外，本实施例使用DRAM管芯作为半导体管芯130。任何半导体都可用在半导体管芯130中，并可按照本公开的原理。在一个实施例中，模制化合物105可附连到导热衬底110，如图1所示。
图2示出单个管芯组件200，由图1的组件层组成，得到使用导热衬底210的半导体封装。在本实施例中，导热衬底210包括铜，虽然任何衬底材料都可使用，只要它具有足够高的导热率即可。在一个实施例中，导热衬底是层压材料，是具有足够高导热率的材料的一种或任何组合，以允许衬底作为导热衬底工作，将热量从半导体管芯中扩散出去。导热衬底210还可连接到地并用作高速信号的地基准。在本实施例中，该地基准改进了DRAM信号的信号完整性。
参阅图2，组件200包括背衬薄膜衬底215，诸如聚酰亚胺带，它粘合到导热衬底210。但适合于背衬薄膜衬底的任何其它材料都可使用。布线层诸如带状引线220连接到背衬薄膜衬底215，并在远离导热衬底210的背衬薄膜衬底215的相对侧上。在一个实施例中，布线层是铜，但任何导电材料都可使用。本实施例还包括焊球240，它们在组件200的边缘附连到带状引线220，并在结构上由导热衬底210和背衬薄膜衬底215支撑。焊球240可以是适合于电互连的任何其它材料。
本实施例具有弹性体层225，夹在带状引线220和半导体管芯230之间。弹性体层225吸收热膨胀产生的应力。在本实施例中，弹性体层225具有开口，在此带状引线220连接到半导体管芯230。此外，本实施例使用DRAM管芯作为半导体管芯230。任何半导体都可用在半导体管芯230中，并按照本公开的原理。在一个实施例中，模制化合物205可附连到导热衬底210，如图2所示。
图3示出多管芯组件300的实施例，使用的导热衬底放在半导体管芯诸如图1的半导体管芯130之间。在一个实施例中，导热衬底每个都是层压材料，是具有足够高导热率的材料的一种或任何组合，以允许衬底作为导热衬底工作，将热量从半导体管芯中扩散出去。多管芯组件300可由图2的多个组件200组成。图3的实施例多管芯组件300是包括多个导热衬底的叠层配置。
在本实施例中，导热衬底310包括铜，虽然任何衬底材料都可使用，只要它具有足够高的导热率即可。导热衬底310还可连接到地，并用作高速信号的地基准。同样，该地基准改进了发到或来自任何半导体管芯330的信号完整性。
图3的多管芯组件300包括弹性体层325，在半导体管芯和邻近导热衬底之间。本实施例多管芯组件300还包括连接球，诸如焊球340，它们连接多管芯组件300中的邻近组件。在本实施例中使用了焊球340，但连接球可以是适合于电互连的任何其它材料。
参阅图2，导热衬底和半导体管芯组件可用以下方法制造。可将聚合树脂粘附到导热衬底上。在本实施例中，导热衬底可以是铜散热体，但任何适合的导热衬底材料都可使用。示例聚合树脂是聚酰亚胺带，但实施例并不局限于使用聚酰亚胺带作为聚合树脂。
本方法可包括将带状引线附连到聚合树脂上。示例带状引线可包括铜，如在以上装置和系统中所述的，但任何材料都可使用，如果它可配置成布线层以传送电信号的话。本实施例方法还包括将弹性体附连到带状引线上。在一个实施例中，弹性体具有开口，以暴露出一部分带状引线。
本实施例包括将弹性体附连到管芯上，其中管芯可以是任何半导体管芯，例如DRAM管芯。该方法包括将管芯附连到带状引线，诸如上述示例实施例的铜带状引线。一种实施例方法还可包括将至少一个焊球附连到带状引线上。
实施例方法可包括以上方法，并还包括将第二弹性体层形成到管芯的暴露侧。此外，本实施例还可包括将第二弹性体层附连到邻近的散热体上。在一个实施例中，这些方法可以重复进行，从而创建具有多个散热体的叠层组件。
在不背离其精神或基本特征的前提下，本发明可以用其它具体形式实施。所述实施例应被认为在所有方面仅是说明性的，而不是约束或限制性的。所以，本发明的范围不是由前述说明书而是由所附权利要求书指出。落在等效于权利要求的意义、精神和范围内的所有改变、修改和变更都应包括在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种装置，包括弹性体层；带状引线，附连到所述弹性体层；聚合树脂，附连到所述带状引线；以及导热衬底，附连到所述聚合树脂，所述导热衬底扩散热量。
2.如权利要求1所述的装置，还包括附连到所述弹性体层的管芯，所述管芯与通过所述弹性体暴露的一部分所述带状引线连接，所述导热衬底扩散来自所述管芯的热量。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述管芯是DRAM。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述聚合树脂是聚酰亚胺带。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述导热衬底是铜衬底。
6.如权利要求2所述的装置，其中所述导热衬底还包括用于所述管芯的电地基准。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述导热衬底是多种材料的层压。
8.如权利要求1所述的装置，还包括附连到所述导热衬底的至少一个焊球互连。
9.一种系统，包括第一装置；以及第二装置，与第一装置布置成叠层装置，每个装置包括弹性体层；带状引线，附连到所述弹性体层；聚合树脂，附连到所述带状引线；导热衬底，附连到所述聚合树脂，所述导热衬底扩散热量；以及至少一个焊球互连，附连到所述导热衬底。
10.如权利要求9所述的系统，其中第一装置和第二装置中的至少一个包括管芯，所述管芯与通过所述弹性体暴露的一部分所述带状引线连接，所述导热衬底扩散来自所述管芯的热量。
11.如权利要求10所述的系统，还包括在第二装置的所述管芯到第一装置的所述导热衬底之间的弹性体粘合剂。
12.如权利要求9所述的系统，还包括附连到第一装置的所述至少一个焊球互连的印刷电路板，所述印刷电路板耗散来自叠层配置的热量。
13.一种方法，包括将聚合树脂粘附到导热衬底上；将带状引线附连到所述聚合树脂上；将弹性体附连到所述带状引线上，所述弹性体具有开口，以暴露一部分所述带状引线；将所述弹性体附连到管芯上；以及将所述管芯附连到所述带状引线上。
14.如权利要求13所述的方法，还包括将至少一个球附连到所述带状引线上。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述球是焊球。
16.如权利要求14所述的方法，还包括将第二弹性体层形成到所述管芯的暴露侧。
17.如权利要求16所述的方法，还包括将第二弹性体层附连到邻近的导热衬底上。
18.如权利要求17所述的方法，还包括重复如权利要求14所述的方法，以创建具有导热衬底的叠层组件。
19.如权利要求13所述的方法，其中所述管芯是DRAM。
20.如权利要求13所述的方法，其中所述聚合树脂是聚酰亚胺带。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述导热衬底是铜散热体。
22.如权利要求13所述的方法，其中所述带状引线是铜带状引线。
全文摘要
在一些实施例中，一种装置可包括半导体管芯；附连到管芯的弹性体层；附连到弹性体的带状引线，一部分带状引线通过弹性体暴露以与管芯连接；附连到带状引线的聚合树脂；以及附连到聚合树脂的导热衬底，以使导热衬底能扩散来自半导体管芯的热量。
文档编号H01L23/498GK101095225SQ200580045398
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月29日 优先权日2004年12月30日
发明者P·福格特 申请人:英特尔公司